一种氮化硼聚合物复合材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术属于热界面材料制备技术领域，公开了一种氮化硼聚合物复合材料及其制备方法、应用，包括如下步骤：步骤(1)，将氮化硼纳米片和聚合物加入到水中，超声分散得到氮化硼聚合物分散液；步骤(2)，将所述氮化硼聚合物分散液在具有砂纸打磨的表面进行定向冷冻得到冷冻块体材料；步骤(3)，将所述冷冻块体材料进行冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物多孔材料；步骤(4)，将所述氮化硼聚合物多孔材料进行热压，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物复合材料。本发明专利技术方法操作简单，成本低廉，易于规模化生产，获得的氮化硼聚合物复合材料具有优异的面内和面外导热性能。热性能。热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼聚合物复合材料及其制备方法、应用


[0001]本申请涉及热界面材料制备
，尤其涉及一种氮化硼聚合物复合材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]大功率、高频电子器件的高度集成化会产生严重的热量集中问题，对设备的工作稳定性与安全可靠性产生严重威胁。如何有效地将电子器件运行过程中产生的热量及时地传导出去，已成为限制电子封装领域发展的关键技术问题。
[0003]为了解决散热问题，热界面材料通常被应用于电子封装中以降低散热器件与发热器件之间的接触热阻。理想的热界面材料需要具备各向同性的高热导率，以确保在面外方向上热量可以有效地从热源传递到散热器以及在平面内局部的热量可以快速扩散。聚合物材料具有密度低、电绝缘、柔韧性好、易加工等优点，在电子器件散热领域具有广泛的应用。但是，纯聚合物的热导率普遍较低，远远无法满足当前日益增长的散热需求。
[0004]将聚合物与高导热性填料复合制备聚合物复合材料，可以有效地改善聚合物的导热性能。其中，氮化硼纳米片，具有高导热、电绝缘、热稳定性好等诸多优异性质，是制备高导热聚合物复合材料的理想填料之一。目前报道的制备氮化硼聚合物复合材料的方法主要包括真空过滤法、静电纺丝法、3D打印法、定向冷冻法、化学气相沉积法等。这些方法均无法形成高效的三维导热通路，无法同时实现面内和面外热导率的有效提升，从而无法满足电子器件的高效散热性需求。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种氮化硼聚合物复合材料及其制备方法、应用，以解决相关技术中存在的无法同时实现面内和面外热导率的有效提升，从而无法满足电子器件的高效散热性需求的技术问题。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤(1)，将氮化硼纳米片和聚合物加入到水中，超声分散得到氮化硼聚合物分散液；
[0008]步骤(2)，将所述氮化硼聚合物分散液在具有砂纸打磨的表面进行定向冷冻得到冷冻块体材料；
[0009]步骤(3)，将所述冷冻块体材料进行冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物多孔材料；
[0010]步骤(4)，将所述氮化硼聚合物多孔材料进行热压，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物复合材料。
[0011]优选地，所述分散液中氮化硼纳米片的体积分数为2.5～10％，聚合物的体积分数为0.5～15％。
[0012]优选地，所述氮化硼纳米片的尺寸为3um～5um。
[0013]优选地，所述聚合物选自水性聚氨酯、聚乙烯醇、纳米纤维素。
[0014]优选地，所述定向冷冻的冷冻温度为
‑
90～
‑
30℃。
[0015]优选地，所述冷冻干燥的时间为12～48h。
[0016]优选地，所述热压的温度为50～100℃，压力为10～100MPa，时间为5～30min。
[0017]根据本申请实施例的第二方面，提供一种氮化硼聚合物复合材料，由第一方面所述的制备方法制备得到。
[0018]根据本申请实施例的第三方面，提供一种热界面材料，包括第一方面所述的氮化硼聚合物复合材料。
[0019]根据本申请实施例的第四方面，提供一种电子器件，包括散热器件与发热器件，所述散热器件与发热器件之间设置第一方面所述的热界面材料。
[0020]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0021]由上述实施例可知，当氮化硼聚合物分散液在具有沟槽结构的不锈钢片表面进行定向冷冻时，在竖直和水平温度梯度的共同影响下，冰晶将沿着垂直于沟槽结构的方向生长，大部分氮化硼纳米片和聚合物被生长的冰晶排挤到相邻两个冰晶之间，形成长程取向的片层结构。同时，当氮化硼聚合物分散液达到一定浓度后，由于冰晶生长的不稳定性，一部分氮化硼纳米片和聚合物被生长的冰晶捕获，从而在片层之间形成桥接结构。待冷冻完全后，通过冷冻干燥去除冰晶，就得到了具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物多孔材料。通过简单的热压处理，就得到了具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物复合材料。
[0022]由于不同尺寸的氮化硼纳米片被冰晶捕获的难易程度不同，通过调节氮化硼纳米片尺寸，可以使得更多的氮化硼纳米片被捕获，从而进一步提高面外热导率。
[0023]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0024]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0025]图1是根据一示例性实施例示出的定向冷冻装置光学图。
[0026]图2是根据一示例性实施例1示出的氮化硼聚氨酯多孔材料光学图。
[0027]图3是根据一示例性实施例1示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
[0028]图4是根据一示例性实施例1示出的氮化硼聚氨酯复合材料光学图。
[0029]图5是根据一示例性实施例1示出的氮化硼聚氨酯复合材料电镜图。
[0030]图6是根据一示例性实施例2示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
[0031]图7是根据一示例性实施例3示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
[0032]图8是根据一示例性实施例4示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
[0033]图9是根据一示例性实施例5示出的氮化硼聚乙烯醇多孔材料电镜图。
[0034]图10是根据一示例性实施例6示出的氮化硼纳米纤维素多孔材料电镜图。
[0035]图11是根据一示例性实施例7示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
[0036]图12是根据一示例性对比例示出的氮化硼聚氨酯多孔材料电镜图。
具体实施方式
[0037]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
[0038]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0039]本专利技术实施例提供一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0040]步骤(1)，将氮化硼纳米片和聚合物加入到水中，超声分散得到氮化硼聚合物分散液；
[0041]步骤(2)，将所述氮化硼聚合物分散液在具有砂纸打磨的表面进行定向冷冻得到冷冻块体材料；
[0042]步骤(3)，将所述冷冻块体材料进行冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物多孔材料；
[0043]步骤(4)，将所述氮化硼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，将氮化硼纳米片和聚合物加入到水中，超声分散得到氮化硼聚合物分散液；步骤(2)，将所述氮化硼聚合物分散液在具有砂纸打磨的表面进行定向冷冻得到冷冻块体材料；步骤(3)，将所述冷冻块体材料进行冷冻干燥去除冰晶，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物多孔材料；步骤(4)，将所述氮化硼聚合物多孔材料进行热压，得到具有片层结构和桥接结构的氮化硼聚合物复合材料。2.根据权利要求1所述的一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述分散液中氮化硼纳米片的体积分数为2.5～10％，聚合物的体积分数为0.5～15％。3.根据权利要求1所述的一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述氮化硼纳米片的尺寸为3um～5um。4.根据权利要求1所述的一种氮化硼聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏浩，赵妮芳，高微微，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：